(57)【要約】【課題】コストを削減し、設計分野の自由度を高め、工程を自由化する流体分注サブアセンブリを提供する。【解決手段】流体分注サブアセンブリは、トランスデューサ１７の動作により作用されるように配置された膜２０と、前記膜２０の動作により作用されるように配置された本体圧力チャンバ１３と、前記膜２０と前記本体圧力チャンバ１３の間に配置された接着剤付着層６８とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体分注サブアセンブリであって、
トランスデューサの動作により作用されるように配置された膜と、
前記膜の動作により作用されるように配置された本体圧力チャンバと、
前記膜と前記本体圧力チャンバの間に配置された接着剤付着層と、
を備えることを特徴とする流体分注サブアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載の流体分注サブアセンブリであって、
前記本体圧力チャンバは１枚のプレートまたは相互に接合されたプレート群から形成されることを特徴とする流体分注サブアセンブリ。
【請求項３】
請求項１に記載の流体分注サブアセンブリであって、
前記接着剤層は、エポキシ系、ビスマレイミド系、ポリイミド系、アクリル系、シアミラアクリレート系、フェノール系、シリコン系からなるグループから選択された熱硬化性接着剤または、ポリイミド系、ポリエステル系、ポリエーテルエーテルケトン系、ポリサルフォン系、ポリエーテルサルフォン系、ポリフェニレンサルファイド系、ポリエーテルイミド系からなるグループから選択された熱可塑性接着剤のうちの１つであることを特徴とする流体分注サブアセンブリ。
【請求項４】
請求項１に記載の流体分注サブアセンブリであって、
前記接着剤層は、ポリマコアと、前記ポリマコアの両側の薄い接着剤層を有するテープであることを特徴とする流体分注サブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマ層を有する流体分注サブアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
一部の流体分注アセンブリでは、システムに流体を分注させるためのトランスデューサまたはアクチュエータが使用されている。アクチュエータは、圧電アクチュエータ、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）アクチュエータ、熱機械的アクチュエータ、熱相変化アクチュエータ等であってよい。アクチュエータは一般に、流体との何らかの種類の界面を移動させて流体内に圧力を発生させ、この圧力によって流体を開口部から受容基板へと移動させる。
【０００３】
電気機械的アクチュエータの流体変位効率を改善すれば、流体分注アセンブリの設計自由度が高まる。効率改善により、アクチュエータの小型化と動作電圧の低下と液滴質量の重量化とを、新たなバランスで調整することができる。
【０００４】
上記のような流体分注システムの一例がインクジェットプリンタである。一般に、インクジェットプリンタは、インクを噴出口、ノズルまたはその他の穴を通じて印刷ヘッドから排出させて、印刷表面上で液滴を形成する、ある種のトランスデューサまたはアクチュエータを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第１２／１９４，４５６号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１２／１９４，４７２号明細書
【特許文献３】米国特許出願第１２／１９４，４８８号明細書
【特許文献４】米国特許出願第１２／１９４，４９４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、流体分注サブアセンブリであって、トランスデューサの動作により作用されるように配置された膜と、前記膜の動作により作用されるように配置された本体圧力チャンバと、前記膜と前記本体圧力チャンバの間に配置された接着剤付着層と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】完全にろう接されたスチール製プレート群で作製された流体分注サブアセンブリの一例を示す図である。
【図２】流体分注サブアセンブリの一部分の側面図である。
【図３】接着剤で付着された膜を有する流体分注サブアセンブリの一部分の側面図である。
【図４】接着剤で付着された膜を有する流体分注サブアセンブリの単独噴出口の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
一部の流体分注アセンブリには、局所インク供給手段と流体分注サブアセンブリが備えられている。流体分注サブアセンブリは、いくつかのコンポーネントを有するものと見てもよい。第一に、ドライバコンポーネントは、圧電トランスデューサのような、流体をサブアセンブリから排出させるトランスデューサと、このトランスデューサが作用する膜と、圧力チャンバを形成する本体プレート（複数の場合もある）で構成されていてもよい。第二に、入口コンポーネントは、流体をマニホルドから圧力チャンバへと導くマニホルド本体で構成される。次に、出口コンポーネントは流体を圧力チャンバから開口部へと導く。最後に、開口部そのものは、流体を流体分注サブアセンブリの外に排出する。
【０００９】
流体分注サブアセンブリの一例は、印刷ヘッド内の噴出口スタック(jet stack)である。この噴出口スタックは、一般に、相互に接合されたプレート群で構成される。この例の場合、ドライバは、流体が開口部プレートを通じて噴出口スタックから出射するように動作する。入口は、流体をマニホルドから圧力チャンバへと導き、出口はインクを圧力チャンバから開口部プレートへと導くであろう。噴出口スタックの例では、開口部は流体をシェットスタックの外、そして結局のところ、印刷ヘッドの外に排出する。
【００１０】
図１は、印刷ヘッド内の噴出口スタックの一例を示す。噴出口スタック１０は、この例では相互に接合されたプレート群で構成されており、本明細書の説明では、この例を使用する。これは一例にすぎず、本願で請求される発明の用途や実施形態を制限するものではないことに注意すべきである。以下の説明のように、「プリンタ」または「印刷ヘッド」という用語は、何らかの目的のために流体を分注するあらゆるシステムおよびそのシステムの中の構造を含む場合がある。同様に、本明細書では、理解を助けるために噴出口スタックについて説明するが、どのような流体分注サブアセンブリでも適当であろう。流体分注サブアセンブリまたは流体分注本体は、本明細書で説明するようなプレート群、適当なチャネルとトランスデューサと開口部を有する射出成形された本体、機械加工された本体その他を含んでいてもよい。実施例の各種の態様では、噴出口スタック内にプレートだけではなくそれ以外の構造が含まれるため、プレート群を流体分注サブアセンブリ内の流体分注本体と称してもよい。
【００１１】
噴出口スタック１０は、タンク（図示せず）からポート１２を通じてインクを受け取る。インクは、柔軟壁(compliant wall)４４を有するマニホルド１４と、マニホルド１４の反対側の空間４６Ａから、粒子フィルタ１５を通って、入口１６の中へと流れる。入口１６は液体を圧力チャンバ１３へと導く。アクチュエータまたはトランスデューサ１７が作動すると、これは膜プレート２０を湾曲させ、インクが出口１９から流れて開口部プレート１８の開口部２１から出るようにする。開口部２１を出るインク液滴は、印刷された画像の一部を形成する。インク経路の中で、入口１６、圧力チャンバ１３、アクチュエータ１７、出口１９、開口部２１を含む部分を「単独噴出口(single jet)」と呼ぶ。
【００１２】
一連のプレートまたはプレート群にエッチング、打ち抜きまたはその他の製作加工を施すことによって、各種のチャネル、チャンバおよび噴出口スタックの機能的要素を形成する。この例では、スタック１０は膜プレート２０、本体プレート２２、分離プレート２４、入口プレート２６、分離プレート２８、３０、粒子フィルタプレート３２、マニホルド５０を形成するマニホルドプレート３４，３６，３８，４０，４２、柔軟壁プレート４４、柔軟壁に隣接する空間を設けるためのプレート４６、開口部支持手段４８、開口部プレート１８で構成される。
【００１３】
噴出口スタック１０が一連の接合された金属プレートで構成される場合、薄い、ステンレススチール製の膜プレート２０が本体プレート２２にろう接される。ろう接されたプレートの間の接合部は硬質接合であるため、作動中に膜が湾曲する部分は完全に本体圧力チャンバ１３の領域内に限定される。ろう接工程の中には、ろう接前に噴出口スタック１０のプレート全部を金メッキするステップを含むものがあり、これによってプレートのコストがさらに増す。
【００１４】
印刷ヘッドとその他の流体分注アセンブリの設計は現在、単位面積あたりの噴出口または開口部の数を増やすことを必要とする傾向にある。このようなパッケージングの高密度化により、各噴出口のためのアクチュエータを小さくせざるを得ない。アクチュエータを小型化すると、印加される電圧に対するアクチュエータによる変位量が減少し、この変位量はアクチュエータの効率を表す。その結果、特定の液滴質量または液滴速度を実現するのに高い駆動電圧が必要となり、これは、必要なアクチュエータの変位を起こすのに、より大きな電圧が必要となるからである。電圧の増大は不利な影響を及ぼすかもしれない。
【００１５】
このような不利な影響とは、必要な最大電圧／電力定格の増大によってアクチュエータの駆動に用いられる集積回路のコストが高くなること、アクチュエータに印加される電界強度の増加に伴い信頼性が損なわれること、および駆動電子部品の電圧上限と容認可能な電界強度に達したときに、噴出口の潜在的スループットが最終的に限定されること等である。
【００１６】
さらに、噴出口スタックの新規な設計では、ろう接されたサブスタックを付着させるために、接着剤によって接合される層が取り入れられている。これによって、サブスタック全部が一度にろう接されるのではなく、サブスタックがろう接された後に相互に接続されるため、金めっきするべきプレートの数が少なくなる。接着剤層を使用することにより、めっきしなければならない一部の表面が不要となり、スタックに新たな柔軟(compliant)部材が導入される。このような手法の例は、すべて２００８年８月１９日に出願された特許文献１の"Fluid Dispensing Subassembly with Compliant Aperture Plate"、特許文献２の"External Fluid Manifold with External Compliant Wall"、特許文献３の"Fluid Reservoir with Compliant Wall"、特許文献４の"Fluid Dispensing Subassembly with Compliant Film"に記載されている。
【００１７】
しかしながら、上記の参考文献による手法はいずれも、膜と本体プレートの間に接着剤接合層を使用することには対応していない。この接合はアクチュエータの重要なコンポーネントであり、アクチュエータの変位効率と動作周波数に直接影響を与える。適切に選択された接着剤接合層のコンポーネントを使用することによって、ドライバの変位効率を改善できる。さらに、膜と本体プレートとの間に接着剤接合層を使用すれば、噴出口スタックの形成に必要なろう接工程をすべて不要とすることができるかもしれない。これはコストを削減し、おそらくは設計分野の自由度を高め、工程をさらに自動化できる可能性がある。
【００１８】
図２は、図１に示されるような噴出口スタック１０の一部分６０の側面図である。図に示されている部分には、本体圧力チャンバ１３、入口１６、出口１９、アクチュエータ１７、膜２０が含まれる。一般的な動作において、アクチュエータ１７は第一の方向に動作して膜２０を「引き」、圧力チャンバ１３の容積を増大させる。これにより、インクは入口１６からチャンバ１３内に入る。すると、アクチュエータ１７は反対に動作してチャンバ１３を押圧し、インクを出口１９から外に流出させて、最終的に液滴が流体分注デバイスの開口部から排出するようにする。図２に示すように、膜２０は噴出口スタック１０の一部分６０のプレートに直接設置されている。
【００１９】
図２に示す流体分注サブアセンブリは、噴出口スタック１０の一部分と膜２０とアクチュエータ１７である。流体分注サブアセンブリは、ノズルまたは噴出口とも呼ばれる各開口部のための局所流体タンクを有していてもよく、これは流体分注サブアセンブリを構成する層の一部から形成される。本明細書の中の層という用語は、上述のようにろう接されるべきものを含めたプレートや、前述の特許出願に記載されているようなポリマ層を意味する。噴出口スタックの一部分６０は、プレート、ポリマフィルムまたはその両方の混合で構成されていてもよい。したがって、本体圧力チャンバ／局所タンクは、流体分注サブアセンブリの一部分の「層」から形成されていると言ってもよい。
【００２０】
図３は噴出口スタック１０の一部分６０の側面図であり、膜２０と噴出口スタック１０の一部分６０との間にポリマ層６８がある。層６８は比較的薄くてもよく、厚さは５０ミクロン未満である。層６８はまた、比較的柔らかくてもよく、係数は１０ギガパスカル未満である。ポリマ層６８はまた、膜を本体プレートまたは、噴出口スタック／流体分注サブアセンブリの一部分に機能的に接合する接着剤層としての役割を果たしてもよい。噴出口スタック１０の一部分６０の、ポリマ層６８が付着される側を、本明細書では本体チャンバ１３側と呼ぶことができる。
【００２１】
図４は、噴出口スタック１０の別の図であり、単独噴出口を示す。この単独噴出口は、本体圧力チャンバ１３と、インクを圧力チャンバ１３内に供給する入口１６と、インクを開口部２１へと導く出口１９を有する。膜２０は本体チャンバ１３にポリマ層６８を介して、これを接着剤として機能させるか、別の接着剤を使用することによって付着させられる。
【００２２】
膜２０に本体チャンバ１３を付着させた部分は、アクチュエータの重要な接合部にあたる。ポリマ層６８は、本体の壁の外に及ぶような湾曲を起こさせ、その結果、本体プレートに硬質接合される、ろう接された膜と比較して、膜による容積変位が大きくなるようにするのに十分な柔軟性を有する必要がある。ポリマ層６８が厚すぎること、またはポリマが柔らかすぎることによってコンプライアンスが過剰になると、柔軟な接着剤層が本体チャンバの圧迫を支持できないため、効率が低下する。過剰なコンプライアンスはまた、ドライバの固有周波数を減少させ、それによって液滴発生器の動作周波数を容認できない程度まで低下させる原因となりうる。
【００２３】
利用できる材料は幅広く、たとえば、熱硬化性ポリイミドのコアを有するテープや両面に比較的薄い熱可塑性樹脂層等がある。ポリエーテルエーテルケトンを熱可塑性接着剤の単独層として使用してもよい。その他、ポリサルフォン系、ポリエーテルサルフォン系、ポリフェニレンサルファイド系、ポリエーテルイミド系、ポリエステル系等の熱可塑性樹脂も、両面テープのコアまたは熱可塑性接着剤として使用できる。エポキシ系、ビスマレイミド系、ポリイミド系、アクリル系、シアノアクリレート系、フェノール系、シリコン系等の熱硬化性接着剤は、膜と本体の間の単独接合層として直接使用してもよく、あるいは熱硬化性または熱可塑性コアを有する多層テープの接着剤としても使用できる。
【００２４】
ある実験で、ステンレススチール製噴出口スタックプレートを接合し、相互にろう接して一体の噴出口スタック構造とした噴出口スタックを用いて、対照用印刷ヘッドを作製した。膜以外のすべてのプレートを接合し、相互にろう接した噴出口スタックを用いて、試験用の印刷ヘッドを作製した。次に、試験用部品の膜を、ポリマ接着剤を使って噴出口スタックの裏側に接着させた。印刷ヘッドの残りの部分は、通常の工程にしたがって組み立てた。
【００２５】
組み立てが終わったところで、印刷ヘッドを試験し、必要な液滴質量と速度を得るのに必要なアクチュエータの駆動電圧を測定した。その結果、ポリマを用いて付着された膜を有する印刷ヘッドが使用した電圧は、対照用の印刷ヘッドより平均して１０％低かった。
【００２６】
流体分注サブアセンブリの一部分６０は、プレートまたはプレートと柔軟フィルムの混合から作製されるであろう。次に、ポリマ層６８は、接着剤を用いて一部分６０に付着させるか、あるいは接着剤そのものとなるであろう。その後、膜２０が接着剤に付着され、さらにアクチュエータアレイが取り付けられるであろう。
【符号の説明】
【００２７】
１０  噴出口スタック、１３  圧力チャンバ、１７  トランスデューサ、２０  膜プレート、６０  流体分注サブアセンブリの一部分、６８  ポリマ層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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